摘要
    在科學(xué)技術(shù)高速發(fā)展的現(xiàn)代社會(huì)中人類已經(jīng)入瞬息萬變的信息時(shí)代人們
在日常生活生產(chǎn)過程中主要依靠檢測(cè)技術(shù)對(duì)信息經(jīng)獲取、篩選和傳輸來實(shí)
現(xiàn)制動(dòng)控制自動(dòng)調(diào)節(jié)目前我國(guó)已將檢測(cè)技術(shù)列入優(yōu)先發(fā)展的科學(xué)技術(shù)之一。
由于微電子技術(shù)光電半導(dǎo)體技術(shù)光導(dǎo)纖維技術(shù)以及光柵技術(shù)的發(fā)展使得光
電傳感器的應(yīng)用與日俱增。這種傳感器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、非接觸、高可靠性、高精
度、可測(cè)參數(shù)多、反應(yīng)快以及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,形式靈活多樣等優(yōu)點(diǎn)在自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)
中得到了廣泛應(yīng)用它一種是以光電效應(yīng)為理論基礎(chǔ)由光電材料構(gòu)成的器件。
伴隨著城市人口和建設(shè)規(guī)模的擴(kuò)大各種用電設(shè)備的增多用電量越來越大城
市的供電設(shè)備經(jīng)常超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)用電環(huán)境變得越來越惡劣對(duì)電源的“考驗(yàn)”越來
越嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計(jì)每天用電設(shè)備都要遭受120次左右各種的電源問題的侵?jǐn)_
電子設(shè)備故障的60%來自電源.因此電源問題的重要性日益凸顯出來。原先作
為配角資金投入較少的電源越來越受到廠商和研究人員的重視電源技術(shù)遂發(fā)
展成為一門嶄新的技術(shù)。
 
1 微型化Micro
    為了能夠與信息時(shí)代信息量激增、要求捕獲和處理信息的能力日益增強(qiáng)的技
術(shù)發(fā)展趨勢(shì)保持一致對(duì)于傳感器性能指標(biāo)包括性、可靠性、靈敏性等
的要求越來越嚴(yán)格與此同時(shí)傳感器系統(tǒng)的操作友好性亦被提上了議事日程
因此還要求傳感器必須配有標(biāo)準(zhǔn)的輸出模式而傳統(tǒng)的大體積弱功能傳感器往往
很難滿足上述要求所以它們已逐步被各種不同類型的高性能微型傳感器所取
代后者主要由硅材料構(gòu)成具有體積小、重量輕、反應(yīng)快、靈敏度高以及成本
低等優(yōu)點(diǎn)。
    1.1 由計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)CAD技術(shù)和微機(jī)電系統(tǒng)MEMS技術(shù)引發(fā)的
傳感器微型化
    目前幾乎所有的傳感器都在由傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)化生產(chǎn)設(shè)計(jì)向基于計(jì)算機(jī)輔助設(shè)
計(jì)CAD的模擬式工程化設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)變從而使設(shè)計(jì)者們能夠在較短的時(shí)間內(nèi)設(shè)
計(jì)出低成本、高性能的新型系統(tǒng)這種設(shè)計(jì)手段的巨大轉(zhuǎn)變?cè)诤艽蟪潭壬贤苿?dòng)著
傳感器系統(tǒng)以更快的速度向著能夠滿足科技發(fā)展需求的微型化的方向發(fā)展。
    對(duì)于微機(jī)電系統(tǒng)MEMS的研究工作始于20世紀(jì)60年代其研究范疇
涉及材料科學(xué)、機(jī)械控制、加工與封裝工藝、電子技術(shù)以及傳感器和執(zhí)行器等多
種學(xué)科是一個(gè)前景的新興研究領(lǐng)域。MEMS的核心技術(shù)是研究微電子與
微機(jī)械加工與封裝技術(shù)的巧妙結(jié)合期望能夠由此而制造出體積小巧但功能強(qiáng)大

的新型系統(tǒng)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展尤其zui近十多年的研究與發(fā)展MEMS技術(shù)
已經(jīng)顯示出了巨大的生命力此項(xiàng)技術(shù)的有效采用將信息系統(tǒng)的微型化、智能化、
多功能化和可靠性水平提高到了一個(gè)新的高度。在當(dāng)前技術(shù)水平下微切削加工
技術(shù)已經(jīng)可以生產(chǎn)出來具有不同層次的3D微型結(jié)構(gòu)從而可以生產(chǎn)出體積非常
微小的微型傳感器敏感元件象毒氣傳感器、離子傳感器、光電探測(cè)器這樣的以
硅為主要構(gòu)成材料的傳感/探測(cè)器都裝有*的敏感元件[1][2]。目前這一類
元器件已作為微型傳感器的主要敏感元件被廣泛應(yīng)用于不同的研究領(lǐng)域中。
    1.2 微型傳感器應(yīng)用現(xiàn)狀
    就當(dāng)前技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀來看微型傳感器已經(jīng)對(duì)大量不同應(yīng)用領(lǐng)域如航空、
遠(yuǎn)距離探測(cè)、醫(yī)療及工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域的信號(hào)探測(cè)系統(tǒng)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響?yīng)材壳伴_
發(fā)并進(jìn)入實(shí)用階段的微型傳感器已可以用來測(cè)量各種物理量、化學(xué)量和生物量
如位移、速度/加速度、壓力、應(yīng)力、應(yīng)變、聲、光、電、磁、熱、PH值、離子
濃度及生物分子濃度等
2 智能化Smart
    智能化傳感器Smart Sensor是20世紀(jì)80年代末出現(xiàn)的另外一種涉及
多種學(xué)科的新型傳感器系統(tǒng)。此類傳感器系統(tǒng)一經(jīng)問世即刻受到科研界的普遍重
視尤其在探測(cè)器應(yīng)用領(lǐng)域如分布式實(shí)時(shí)探測(cè)、網(wǎng)絡(luò)探測(cè)和多信號(hào)探測(cè)方面一
直頗受歡迎產(chǎn)生的影響較大。
    2.1 智能化傳感器的特點(diǎn)
    智能化傳感器是指那些裝有微處理器的不但能夠執(zhí)行信息處理和信息存
儲(chǔ)而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷的傳感器系統(tǒng)。這一類傳感器就相當(dāng)于
是微型機(jī)與傳感器的綜合體一樣其主要組成部分包括主傳感器、輔助傳感器及
微型機(jī)的硬件設(shè)備。如智能化壓力傳感器主傳感器為壓力傳感器用來探測(cè)壓
力參數(shù)輔助傳感器通常為溫度傳感器和環(huán)境壓力傳感器。采用這種技術(shù)時(shí)可以
方便地調(diào)節(jié)和校正由于溫度的變化而導(dǎo)致的測(cè)量誤差而環(huán)境壓力傳感器測(cè)量工
作環(huán)境的壓力變化并對(duì)測(cè)定結(jié)果進(jìn)行校正而硬件系統(tǒng)除了能夠?qū)鞲衅鞯娜踺?br />出信號(hào)進(jìn)行放大、處理和存儲(chǔ)外還執(zhí)行與計(jì)算機(jī)之間的通信聯(lián)絡(luò)。
    通常情況下一個(gè)通用的檢測(cè)儀器只能用來探測(cè)一種物理量其信號(hào)調(diào)節(jié)是
由那些與主探測(cè)部件相連接著的模擬電路來完成的但智能化傳感器卻能夠?qū)崿F(xiàn)
所有的功能而且其精度更高、價(jià)格更便宜、處理質(zhì)量也更好。與傳統(tǒng)的傳感器
相比智能化傳感器具有以下優(yōu)點(diǎn)
    1智能化傳感器不但能夠?qū)π畔⑦M(jìn)行處理、分析和調(diào)節(jié)能夠?qū)λ鶞y(cè)的數(shù)
值及其誤差進(jìn)行補(bǔ)償而且還能夠進(jìn)行邏輯思考和結(jié)論判斷能夠借助于一覽表
對(duì)非線性信號(hào)進(jìn)行線性化處理借助于軟件濾波器濾波數(shù)字信號(hào)。此外還能夠
利用軟件實(shí)現(xiàn)非線性補(bǔ)償或其它更復(fù)雜的環(huán)境補(bǔ)償以改進(jìn)測(cè)量精度。
    2智能化傳感器具有自診斷和自校準(zhǔn)功能可以用來檢測(cè)工作環(huán)境。當(dāng)工
作環(huán)境臨近其極限條件時(shí)它將發(fā)出告警信號(hào)并根據(jù)其分析器的輸入信號(hào)給出
相關(guān)的診斷信息。當(dāng)智能化傳感器由于某些內(nèi)部故障而不能正常工作時(shí)它能夠
借助其內(nèi)部檢測(cè)鏈路找出異?，F(xiàn)象或出了故障的部件。
    3智能化傳感器能夠完成多傳感器多參數(shù)混合測(cè)量從而進(jìn)一步拓寬了其
探測(cè)與應(yīng)用領(lǐng)域而微處理器的介入使得智能化傳感器能夠更加方便地對(duì)多種信
號(hào)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理。此外其靈活的配置功能既能夠使相同類型的傳感器實(shí)現(xiàn)*
的工作性能也能夠使它們適合于各不相同的工作環(huán)境。

  4智能化傳感器既能夠很方便地實(shí)時(shí)處理所探測(cè)到的大量數(shù)據(jù)也可以根
據(jù)需要將它們存儲(chǔ)起來。存儲(chǔ)大量信息的目的主要是以備事后查詢這一類信息
包括設(shè)備的歷史信息以及有關(guān)探測(cè)分析結(jié)果的索引等
    5智能化傳感器備有一個(gè)數(shù)字式通信接口通過此接口可以直接與其所屬
計(jì)算機(jī)進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)和交換信息。此外智能化傳感器的信息管理程序也非常簡(jiǎn)
單方便譬如可以對(duì)探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)距離控制或者在鎖定方式下工作也可以
將所測(cè)的數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程用戶等。
    2.2 智能化傳感器的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀
    目前智能化傳感器技術(shù)正處于蓬勃發(fā)展時(shí)期具有代表意義的典型產(chǎn)品是
美國(guó)霍尼韋爾公司的ST-3000系列智能變送器和德國(guó)斯特曼公司的二維加速度
傳感器以及另外一些含有微處理器MCU的單片集成壓力傳感器、具有多
維檢測(cè)能力的智能傳感器和固體圖像傳感器SSIS等。與此同時(shí)基于模糊
理論的新型智能傳感器和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在智能化傳感器系統(tǒng)的研究和發(fā)展中的
重要作用也日益受到了相關(guān)研究人員的極大重視。
    指出的一點(diǎn)是目前的智能化傳感器系統(tǒng)本身盡管全都是數(shù)字式的但其通
信協(xié)議卻仍需借助于420 mA的標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)來實(shí)現(xiàn)。一些性標(biāo)準(zhǔn)化研究
機(jī)構(gòu)目前正在積極研究推出相關(guān)的通用現(xiàn)場(chǎng)總線數(shù)字信號(hào)傳輸標(biāo)準(zhǔn)不過在眼
下過渡階段仍大多采用遠(yuǎn)距離總線尋址傳感器HART協(xié)議即Highway
Addressable Remote Transducer。這是一種適用于智能化傳感器的通信協(xié)議
與目前使用420mA模擬信號(hào)的系統(tǒng)*兼容模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)可以同時(shí)
進(jìn)行通信從而使不同生產(chǎn)廠家的產(chǎn)品具有通用性。
    能化傳感器多用于壓力、力、振動(dòng)沖擊加速度、流量、溫濕度的測(cè)量如美
國(guó)霍尼韋爾公司的ST3000系列全智能變送器和德國(guó)斯特曼公司的二維加速度
傳感器就屬于這一類傳感器。另外智能化傳感器在空間技術(shù)研究領(lǐng)域亦有比較
成功的應(yīng)用實(shí)例[6]。
    發(fā)展中智能化傳感器無疑將會(huì)進(jìn)一步擴(kuò)展到化學(xué)、電磁、光學(xué)和核物理等
研究領(lǐng)域?？梢灶A(yù)見新興的智能化傳感器將會(huì)在關(guān)系到*國(guó)民生的各個(gè)領(lǐng)
域發(fā)揮越來越大作用。
    3 多功能傳感器Multifunction
    如前所述通常情況下一個(gè)傳感器只能用來探測(cè)一種物理量但在許多應(yīng)用
領(lǐng)域中為了能夠而準(zhǔn)確地反映客觀事物和環(huán)境往往需要同時(shí)測(cè)量大量的
物理量。由若干種敏感元件組成的多功能傳感器則是一種體積小巧而多種功能兼
備的新一代探測(cè)系統(tǒng)它可以借助于敏感元件中不同的物理結(jié)構(gòu)或化學(xué)物質(zhì)及其
各不相同的表征方式用單*個(gè)傳感器系統(tǒng)來同時(shí)實(shí)現(xiàn)多種傳感器的功能。隨
著傳感器技術(shù)和微機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展目前已經(jīng)可以生產(chǎn)出來將若干種敏感元件
綜裝在同一種材料或單*塊芯片上的一體化多功能傳感器。
    3.1 多功能傳感器的執(zhí)行規(guī)則和結(jié)構(gòu)模式
    概括來講多功能傳感器系統(tǒng)主要的執(zhí)行規(guī)則和結(jié)構(gòu)模式包括
    1 多功能傳感器系統(tǒng)由若干種各不相同的敏感元件組成可以用來同時(shí)
測(cè)量多種參數(shù)。譬如可以將一個(gè)溫度探測(cè)器和一個(gè)濕度探測(cè)器配置在一起即
將熱敏元件和濕敏元件分別配置在同一個(gè)傳感器承載體上制造成一種新的傳感
器這樣這種新的傳感器就能夠同時(shí)測(cè)量溫度和濕度。
    2 將若干種不同的敏感元件精巧地制作在單獨(dú)的一塊硅片中從而構(gòu)成
一種高度綜合化和小型化的多功能傳感器。由于這些敏感元件是被綜裝在同一塊

硅片中的它們無論何時(shí)都工作在同一種條件下所以很容易對(duì)系統(tǒng)誤差進(jìn)行補(bǔ)
償和校正。
    3借助于同一個(gè)傳感器的不同效應(yīng)可以獲得不同的信息。以線圈為例
它所表現(xiàn)出來的電容和電感是各不相同的。
    4在不同的激勵(lì)條件下同一個(gè)敏感元件將表現(xiàn)出來不同的特征。而在
電壓、電流或溫度等激勵(lì)條件均不相同的情況下由若干種敏感元件組成的一個(gè)
多功能傳感器的特征可想而知將會(huì)是多么的千差萬別有時(shí)候簡(jiǎn)直就相當(dāng)于是若
干個(gè)不同的傳感器一樣其多功能特征可謂名副其實(shí)。
    3.2 多功能傳感器的研制與應(yīng)用現(xiàn)狀
    多功能傳感器無疑是當(dāng)前傳感器技術(shù)發(fā)展中一個(gè)全新的研究方向日前有許
多學(xué)者正在積極從事于該領(lǐng)域的研究工作。如將某些類型的傳感器進(jìn)行適當(dāng)組合
而使之成為新的傳感器如用來測(cè)量流體壓力和互異壓力的組合傳感器。又如
為了能夠以較高的靈敏度和較小的粒度同時(shí)探測(cè)多種信號(hào)微型數(shù)字式三端口傳
感器可以同時(shí)采用熱敏元件、光敏元件和磁敏元件這種組配方式的傳感器不但
能夠輸出模擬信號(hào)而且還能夠輸出頻率信號(hào)和數(shù)字信號(hào).
    從目前的發(fā)展現(xiàn)狀來看zui熱門的研究領(lǐng)域也許是各種類型的仿生傳感器
了而且在感觸、刺激以及視聽辨別等方面已有研究成果問世。從實(shí)用的角
度考慮多功能傳感器中應(yīng)用較多的是各種類型的多功能觸覺傳感器譬如人造
皮膚觸覺傳感器就是其中之一這種傳感器系統(tǒng)由PVDF材料、無觸點(diǎn)皮膚敏
感系統(tǒng)以及具有壓力敏感傳導(dǎo)功能的橡膠觸覺傳感器等組成。據(jù)悉美國(guó)
MERRITT公司研制開發(fā)的無觸點(diǎn)皮膚敏感系統(tǒng)獲得了較大的成功其無觸點(diǎn)超
聲波傳感器、紅外輻射引導(dǎo)傳感器、薄膜式電容傳感器、以及溫度、氣體傳感器
等在美國(guó)本土應(yīng)用甚廣。
    與其它方面的研究成果相比目前在人工嗅覺方面的研究還似乎遠(yuǎn)遠(yuǎn)不盡人
意。由于嗅覺元件接收到的判別信號(hào)是非常復(fù)雜的其中總是混合著成千上萬種
化學(xué)物質(zhì)這就使得嗅覺系統(tǒng)處理起這些信號(hào)來異常錯(cuò)綜復(fù)雜。
    人工嗅覺傳感系統(tǒng)的典型產(chǎn)品是功能各異的Electronic nose電子鼻近
10多年來該技術(shù)的發(fā)展很快目前已有數(shù)種商品化的產(chǎn)品在市場(chǎng)流通
美、法、德、英等國(guó)家均有比較*的電子鼻產(chǎn)品問世。
    “電子鼻”系統(tǒng)通常由一個(gè)交叉選擇式氣體傳感器陣列和相關(guān)的數(shù)據(jù)處理技
術(shù)組成并配以恰當(dāng)?shù)哪Ｊ阶R(shí)別系統(tǒng)具有識(shí)別簡(jiǎn)單和復(fù)雜氣味的能力主要用
來解決一般情況下的氣味探測(cè)問題。根據(jù)應(yīng)用對(duì)象的不同“電子鼻”系統(tǒng)傳感器
陣列中傳感器的構(gòu)成材料及配置數(shù)量亦有所不同其中構(gòu)成材料包括金屬氧化
物半導(dǎo)體、導(dǎo)電聚合物、石英晶振等配置數(shù)量則從幾個(gè)到數(shù)十個(gè)不等?？傊?br />“電子鼻”系統(tǒng)是氣體傳感器技術(shù)和信息處理技術(shù)進(jìn)行有效結(jié)合的高科技產(chǎn)物其
氣體傳感器的體積很小功耗也很低能夠方便地捕獲并處理氣味信號(hào)。氣流經(jīng)
過氣體傳感器陣列進(jìn)入到“電子鼻”系統(tǒng)的信號(hào)預(yù)處理元件中zui后由陣列響應(yīng)模
式來確定其所測(cè)氣體的特征。陣列響應(yīng)模式采用關(guān)聯(lián)法、zui小二乘法、群集法以
及主要元素分析法等方法對(duì)所測(cè)氣體進(jìn)行定性和定量鑒別。美國(guó)
Cyranosciences公司生產(chǎn)的Cyranose 320電子鼻是目前技術(shù)較為*、適用范
圍也比較廣的嗅覺傳感系統(tǒng)之一該系統(tǒng)主要由傳感器陣列和數(shù)據(jù)分析算法兩部
分組成其基本技術(shù)是將若干個(gè)*的薄膜式碳-黑聚合物復(fù)合材料化學(xué)電阻器
配置成一個(gè)傳感器陣列然后采用標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)分析技術(shù)通過分析由此傳感器陣
列所收集到的輸出值的辦法來識(shí)別未知分析物。據(jù)稱Cyranose 320電子鼻的

適用范圍包括食品與飲料的生產(chǎn)與保鮮、環(huán)境保護(hù)、化學(xué)品分析與鑒定、疾病診
斷與醫(yī)藥分析以及工業(yè)生產(chǎn)過程控制與消費(fèi)品的監(jiān)控與管理等。
    4 無線網(wǎng)絡(luò)化wireless networked
    無線網(wǎng)絡(luò)對(duì)我們來說并不陌生比如手機(jī)無線上網(wǎng)電視機(jī)。傳感器對(duì)我
們來說也不陌生比如溫度傳感器、壓力傳感器還有比較新穎的氣味傳感器。
但是把二者結(jié)合在起來提出無線傳感器網(wǎng)絡(luò)Wireless Sensor Networks
這個(gè)概念卻是近幾年才發(fā)生的事情。
    這個(gè)網(wǎng)絡(luò)的主要組成部分就是一個(gè)個(gè)可愛的傳感器節(jié)點(diǎn)。說它們可愛是因
為它們的體積都非常小巧。這些節(jié)點(diǎn)可以感受溫度的高低、濕度的變化、壓力的
增減、噪聲的升降。更讓人感興趣的是每一個(gè)節(jié)點(diǎn)都是一個(gè)可以進(jìn)行快速運(yùn)算
的微型計(jì)算機(jī)它們將傳感器收集到的信息轉(zhuǎn)化成為數(shù)字信號(hào)進(jìn)行編碼然后
通過節(jié)點(diǎn)與節(jié)點(diǎn)之間自行建立的無線網(wǎng)絡(luò)發(fā)送給具有更大處理能力的服務(wù)器
    4.1 傳感器網(wǎng)絡(luò)
    傳感器網(wǎng)絡(luò)是當(dāng)前上備受關(guān)注的、由多學(xué)科高度交叉的新興前沿研究熱
點(diǎn)領(lǐng)域。傳感器網(wǎng)絡(luò)綜合了傳感器技術(shù)、嵌入式計(jì)算技術(shù)、現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)及無線通信
技術(shù)、分布式信息處理技術(shù)等能夠通過各類集成化的微型傳感器協(xié)作地實(shí)時(shí)監(jiān)
測(cè)、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測(cè)對(duì)象的信息通過嵌入式系統(tǒng)對(duì)信息進(jìn)行處理
并通過隨機(jī)自組織無線通信網(wǎng)絡(luò)以多跳中繼方式將所感知信息傳送到用戶終端。
從而真正實(shí)現(xiàn)“無處不在的計(jì)算”理念。傳感器網(wǎng)絡(luò)的研究采用系統(tǒng)發(fā)展模式因
而必須將現(xiàn)代的*微電子技術(shù)、微細(xì)加工技術(shù)、系統(tǒng)SOCsystem-on-chip
芯片設(shè)計(jì)技術(shù)、納米材料與技術(shù)、現(xiàn)代信息通訊技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等融合
以實(shí)現(xiàn)其微型化、集成化、多功能化及系統(tǒng)化、網(wǎng)絡(luò)化特別是實(shí)現(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)
*的超低功耗系統(tǒng)設(shè)計(jì)。傳感器網(wǎng)絡(luò)具有十分廣闊的應(yīng)用前景在軍事國(guó)防、
工農(nóng)業(yè)、城市管理、生物醫(yī)療、環(huán)境監(jiān)測(cè)、搶險(xiǎn)救災(zāi)、防恐反恐、危險(xiǎn)區(qū)域遠(yuǎn)程
控制等許多領(lǐng)域都有重要的科研價(jià)值和巨大實(shí)用價(jià)值已經(jīng)引起了世界許多國(guó)家
軍界、學(xué)術(shù)界和工業(yè)界的高度重視并成為進(jìn)入2000 年以來*的新興前沿?zé)?br />點(diǎn)研究領(lǐng)域被認(rèn)為是將對(duì)二十一世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的技術(shù)之一。
    4.2 傳感器網(wǎng)絡(luò)研究熱點(diǎn)問題和關(guān)鍵技術(shù)
    傳感器網(wǎng)絡(luò)以應(yīng)用為目標(biāo)其構(gòu)建是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程涉及到的研究工
作和需要解決的問題在每一個(gè)層面上都很多。對(duì)無線傳感器網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及界面
接口技術(shù)的研究意義重大。如果我們把傳感器網(wǎng)絡(luò)按其功能抽象成五個(gè)層次的
話將會(huì)包括基礎(chǔ)層傳感器集合、網(wǎng)絡(luò)層通信網(wǎng)絡(luò)、中間件層、數(shù)據(jù)處
理和管理層以及應(yīng)用開發(fā)層。
    其中基礎(chǔ)層以研究新型傳感器和傳感系統(tǒng)為核心包括應(yīng)用新的傳感原理、
使用新的材料以及采用新的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等以降低能耗、提高敏感性、選擇性、響
應(yīng)速度、動(dòng)態(tài)范圍、準(zhǔn)確度、穩(wěn)定性以及在惡劣環(huán)境條件下工作的能力。
    4.3 傳感器網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用研究
    傳感器網(wǎng)絡(luò)有著巨大的應(yīng)用前景被認(rèn)為是將對(duì)21 世紀(jì)產(chǎn)生巨大影響力的
技術(shù)之一。已有和潛在的傳感器應(yīng)用領(lǐng)域包括軍事偵察、環(huán)境監(jiān)測(cè)、醫(yī)療、建
筑物監(jiān)測(cè)等等。隨著傳感器技術(shù)、無線通信技術(shù)、計(jì)算技術(shù)的不斷發(fā)展和完善
各種傳感器網(wǎng)絡(luò)將遍布我們生活環(huán)境從而真正實(shí)現(xiàn)“無處不在的計(jì)算”。以下簡(jiǎn)
要介紹傳感器網(wǎng)絡(luò)的一些應(yīng)用。
    1軍事應(yīng)用

傳感器網(wǎng)絡(luò)也有監(jiān)測(cè)地面物體的小型傳感器網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)代傳感器網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用中通過
飛機(jī)撒播、特種**發(fā)射等手段可以將大量便宜的傳感器密集地撒布于人員不
便于到達(dá)的觀察區(qū)域如敵方陣地內(nèi)收集到有用的微觀數(shù)據(jù)在一部分傳感器因
為遭破壞等原因失效時(shí)傳感器網(wǎng)絡(luò)作為整傳感器網(wǎng)絡(luò)體仍能完成觀察任務(wù)。傳
感器網(wǎng)絡(luò)的上述特點(diǎn)使得它具有重大軍事價(jià)值可以應(yīng)用于如下一些場(chǎng)景中
    ▉監(jiān)測(cè)人員、裝備等情況以及單兵系統(tǒng)通過在人員、裝備上附帶各種傳感
器可以讓各級(jí)指揮員比較準(zhǔn)確、及時(shí)地掌握己方的保存狀態(tài)。通過在敵方陣地
部署各種傳感器可以了解敵方武器部署情況為己方確定進(jìn)攻目標(biāo)和進(jìn)攻路線
提供依據(jù)。
    ▉監(jiān)測(cè)敵軍進(jìn)攻在敵軍駐地和可能的進(jìn)攻路線上部署大量傳感器從而及
時(shí)發(fā)現(xiàn)敵軍的進(jìn)攻行動(dòng)、爭(zhēng)取寶貴的應(yīng)對(duì)時(shí)間。并可根據(jù)戰(zhàn)況快速調(diào)整和部署新
的傳感器網(wǎng)絡(luò)。
    ▉評(píng)估戰(zhàn)果在進(jìn)攻前后在攻擊目標(biāo)附近部署傳感器網(wǎng)絡(luò)從而收集目標(biāo)
被破壞程度的數(shù)據(jù)。
    ▉核能、生物、化學(xué)攻擊的偵察借助于傳感器網(wǎng)絡(luò)可以及早發(fā)現(xiàn)己方陣地
上的生、化污染提供快速反應(yīng)時(shí)間從而減少損失。不派人員就可以獲取一些核、
生、化爆炸現(xiàn)場(chǎng)的詳細(xì)數(shù)據(jù)。
    2環(huán)境應(yīng)用
    應(yīng)用于環(huán)境監(jiān)測(cè)的傳感器網(wǎng)絡(luò)一般具有部署簡(jiǎn)單、便宜、長(zhǎng)期不需更換電
池、無需派人現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。通過密集的節(jié)點(diǎn)布置可以觀察到微觀的環(huán)境因
素為環(huán)境研究和環(huán)境監(jiān)測(cè)提供了嶄新的途徑傳感器網(wǎng)絡(luò)研究在環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域已
經(jīng)有很多的實(shí)例。這些應(yīng)用實(shí)例包括對(duì)海島鳥類生活規(guī)律的觀測(cè)氣象現(xiàn)象的
觀測(cè)和天氣預(yù)報(bào)森林火警生物群落的微觀觀測(cè)等
    ▉洪災(zāi)的預(yù)警通過在水壩、山區(qū)中關(guān)鍵地點(diǎn)合理地布置一些水壓、土壤濕
度等傳感器可以在洪災(zāi)到來之前發(fā)布預(yù)警信息從而及時(shí)排除險(xiǎn)情或者減少損
失。
    ▉農(nóng)田管理通過在農(nóng)田部署一定密度的空氣溫度、土壤濕度、土壤肥料含
量、光照強(qiáng)度、風(fēng)速等傳感器可以更好地對(duì)農(nóng)田管理微觀調(diào)控促進(jìn)農(nóng)作物生
長(zhǎng)。
    3家庭應(yīng)用
建筑及城市管理各種無線傳感器可以靈活方便地布置于建筑物內(nèi)獲取室內(nèi)環(huán)境
參數(shù)從而為居室環(huán)境控制和危險(xiǎn)報(bào)警提供依據(jù)。
    ▉ 智能家居通過布置于房間內(nèi)的溫度、濕度、光照、空氣成分等無線傳
感器感知居室不同部分的微觀狀況從而對(duì)空調(diào)、門窗以及其他家電進(jìn)行自動(dòng)
控制提供給人們智能、舒適的居住環(huán)境[16]。
    ▉建筑安全通過布置于建筑物內(nèi)的圖像、聲音、氣體檢測(cè)、溫度、壓力、
輻射等傳感器發(fā)現(xiàn)異常事件及時(shí)報(bào)警自動(dòng)啟動(dòng)應(yīng)急措施。
    ▉智能交通通過布置于道路上的速度、識(shí)別傳感器監(jiān)測(cè)交通流量等信息
為出行者提供信息服務(wù)發(fā)現(xiàn)違章能及時(shí)報(bào)警和記錄[17]。反恐和公共安全通過
特殊用途的傳感器特別是生物化學(xué)傳感器監(jiān)測(cè)有害物、危險(xiǎn)物的信息zui大限
度地減少其對(duì)人民群眾生命安全造成的傷害。
  （4）結(jié)論

環(huán)境、醫(yī)療等傳統(tǒng)領(lǐng)域有具有巨大的運(yùn)用價(jià)值在未來還將在許多新興領(lǐng)域體現(xiàn)其
*性如家用、保健、交通等領(lǐng)域。我們可以大膽的預(yù)見將來無線傳感器網(wǎng)
絡(luò)將無處不在將*融入我們的生活。比如微型傳感器網(wǎng)zui終可能將家用電器、
個(gè)人電腦和其他日常用品同互聯(lián)網(wǎng)相連實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離跟蹤家庭采用無線傳感器
網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)安全調(diào)控、節(jié)電等。無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將是未來的一個(gè)*的十分龐
大的網(wǎng)絡(luò)其應(yīng)用可以涉及到人類日常生活和社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)的所有領(lǐng)域。但是
我們還應(yīng)該清楚的認(rèn)識(shí)到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)才剛剛開始發(fā)展它的技術(shù)、應(yīng)用都
還還遠(yuǎn)談不上成熟國(guó)內(nèi)企業(yè)應(yīng)該抓住商機(jī)加大投入力度推動(dòng)整個(gè)行業(yè)的發(fā)
展。
    無線傳感器網(wǎng)絡(luò)是新興的通信應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)其應(yīng)用可以涉及到人類生活和社會(huì)
活動(dòng)的所有領(lǐng)域。因此無線傳感器網(wǎng)絡(luò)將是未來的一個(gè)*的十分龐大的
網(wǎng)絡(luò)需要各種技術(shù)支撐。目前成熟的通信技術(shù)都可能經(jīng)過適當(dāng)?shù)母倪M(jìn)和進(jìn)一
步發(fā)展應(yīng)用到無線傳感器網(wǎng)絡(luò)中形成新的市場(chǎng)增長(zhǎng)點(diǎn)創(chuàng)造無線通信的新天
地。
5電流傳感器
5.1電流傳感器的工作原理
 
1、傳感器供電電流
 電流傳感器可以測(cè)量各種類型的電流從直流電到
幾十千赫茲的交流電其所依據(jù)的工作原理主要是霍爾效應(yīng)原理。本文下面多
以以零磁通閉環(huán)產(chǎn)品原理為例
當(dāng)原邊導(dǎo)線經(jīng)過電流傳感器時(shí)原邊電流IP會(huì)產(chǎn)生磁力線原邊磁力線集中在
磁芯氣隙周圍內(nèi)置在磁芯氣隙中的霍爾電片可產(chǎn)生和原邊磁力線成正比的大
小僅為幾毫伏的感應(yīng)電壓通過后續(xù)電子電路可把這個(gè)微小的信號(hào)轉(zhuǎn)變成副邊電
流IS并存在以下關(guān)系式 IS* NS= IP*NP
 
其中IS—副邊電流
IP—原邊電流
NP—原邊線圈匝數(shù)
NS—副邊線圈匝數(shù)
NP/NS—匝數(shù)比一般取NP=1。
電流傳感器的輸出信號(hào)是副邊電流IS它與輸入信號(hào)原邊電流IP成正比
IS一般很小只有10~400mA。如果輸出電流經(jīng)過測(cè)量電阻RM則可以得到一
個(gè)與原邊電流成正比的大小為幾伏的電壓輸出信號(hào)。
2、傳感器供電電壓VA
VA指電流傳感器的供電電壓它必須在傳感器所規(guī)定的范圍內(nèi)。超過此范圍
傳感器不能正常工作或可靠性降低另外傳感器的供電電壓VA又分為正極供
電電壓VA+和負(fù)極供電電壓VA-。要注意單相供電的傳感器其供電電壓VAmin
是雙相供電電壓VAmin的2倍所以其測(cè)量范圍要相供高于雙電的傳感器。
3、測(cè)量范圍Ipmax
測(cè)量范圍指電流傳感器可測(cè)量的zui大電流值測(cè)量范圍一般高于標(biāo)準(zhǔn)額定值
5.2電流傳感器主要特性參數(shù)
1、標(biāo)準(zhǔn)額定值IPN和額定輸出電流ISNIPN指電流傳感器所能測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)額定
值用有效值表示A.r.m.sIPN的大小與傳感器產(chǎn)品的型號(hào)有關(guān)。 ISN指電
流傳感器額定輸出電流一般為10~400mA當(dāng)然根據(jù)某些型號(hào)具體可能會(huì)有所
不同。
2、 偏移電流ISO
偏移電流也叫殘余電流或剩余電流它主要是由霍爾元件或電子電路中運(yùn)算放大
器工作狀態(tài)不穩(wěn)造成的。電流傳感器在生產(chǎn)時(shí)在25℃IP=0時(shí)的情況下偏
移電流已調(diào)至zui小但傳感器在離開生產(chǎn)線時(shí)都會(huì)產(chǎn)生一定大小的偏移電流。
產(chǎn)品技術(shù)文檔中提到的精度已考慮了偏移電流增加的影響。
3、 線性度
線性度決定了傳感器輸出信號(hào)副邊電流IS與輸入信號(hào)原邊電流IP在測(cè)
量范圍內(nèi)成正比的程度南京中旭電子科技有限公司的電流傳感器線性度要優(yōu)于
0.5%。
4、 溫度漂移
偏移電流ISO是在25℃時(shí)計(jì)算出來的當(dāng)霍爾電極周邊環(huán)境溫度變化時(shí)ISO
會(huì)產(chǎn)生變化。因此考慮偏移電流ISO的zui大變化是很重要的其中IOT是指
電流傳感器性能表中的溫度漂移值。
5、 過載
電流傳感器的過載能力是指發(fā)生電流過載時(shí)在測(cè)量范圍之外原邊電流仍會(huì)增
加而且過載電流的持續(xù)時(shí)間可能很短而過載值有可能超過傳感器的允許值
過載電流值傳感器一般測(cè)量不出來但不會(huì)對(duì)傳感器造成損壞。
6、 精度
霍爾效應(yīng)傳感器的精度取決于標(biāo)準(zhǔn)額定電流IPN。在+25℃時(shí)傳感器測(cè)量精度
與原邊電流有一定影響?yīng)┩瑫r(shí)評(píng)定傳感器精度時(shí)還必須考慮偏移電流、線性度、
溫度漂移的影響。
 
結(jié)語
    當(dāng)前技術(shù)水平下的傳感器系統(tǒng)正向著微小型化、智能化、多功能化和網(wǎng)絡(luò)化
的方向發(fā)展。今后隨著CAD技術(shù)、MEMS技術(shù)、信息理論及數(shù)據(jù)分析算法的
繼續(xù)向前發(fā)展未來的傳感器系統(tǒng)必將變得更加微型化、綜合化、多功能化、智
能化和系統(tǒng)化。在各種新興科學(xué)技術(shù)呈輻射狀廣泛滲透的當(dāng)今社會(huì)作為現(xiàn)代科
學(xué)“耳目”的傳感器系統(tǒng)作為人們快速獲取、分析和利用有效信息的基礎(chǔ)必將
進(jìn)一步得到社會(huì)各界的普遍關(guān)注。
微波傳感器依靠微波的很多優(yōu)點(diǎn)將廣泛地用于微波通訊、衛(wèi)星發(fā)送等無線
通訊和雷達(dá)、遙感、射電望遠(yuǎn)鏡中。并且在一些非接觸式的監(jiān)測(cè)和
控制中也有很好的應(yīng)用。